Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Diplom3 / DIPLOM / ZAPISKA / ZAPISKA.DOC
Скачиваний:
55
Добавлен:
16.04.2013
Размер:
113.15 Кб
Скачать

Теоретическая оценка погрешности измерения.

Погрешность измерения определяется параметрами аналоговой схемотехники измерительных каналов, то есть погрешностью аналоговой платы, погрешностью преобразования аналоговых сигналов в цифровой код и погрешностью алгоритма или метода вычисления значения температуры в микроконтроллере.

Исследованию точностных характеристик подлежат следующие блоки измерительной платы:

  • схема вкючения датчиков;

  • блок мультиплексирования;

  • усилительный каскад;

  • аналогово-цифровой преобразователь.

Исходными данными являются номинал источника тока I, величина опорного сопротивления Rоп.

В результат измерения температуры в каждом канале датчика вносят вклад четыре величины измерения напряжений в измерительных каналах. Выражения в измерительных каналах выглядят следующим образом:

U0=(Iст + DI)(2r +

U1=(Iст + DI)(r + Rт);

U2=(Iст + DI)(R0);

U3=( + DI)(r0)

где Iст - выходной ток стабилизатора, образующего генератор тока,

DI - нестабильность генератора тока,

r - сопротивление соединительных проводов,

Rт - сопротивление датчика температуры,

R0 - эталонное сопротивление,

r0 - эквивалентное сопротивление общей шины.

Измеряемые напряжения пронумерованы в соответствии с нумерацией каналов мультиплексора. Каждое из этих напряжений подвергается усилению и аналого-цифровому преобразованию в соответствии с формулами:

Ui1=UiKус,

fi=Ui(i1/i2)(1/RинтС),

где Kус - коэффициент усиления усилительного каскада,

Ui1 - выходное напряжение усилительного каскада по измерительному каналу,

i,i1,i2 - токи внутренних генераторов ПНЧ,

Rинт - интегрирующее сопротивление ПНЧ,

С - емкость времязадающего конденсатора ПНЧ,

fi - выходная частота ПНЧ для канала i.

Преобразование частотного сигнала в двоичный код производит микроконтроллер по формуле:

N2i=fi´Dt,

где Dt - временной интервал счета импульсов fi.

Опрос одного датчика заканчивается, когда получены значения кодов для всех четырех измерительных каналов, после чего вычисляется значение кода температуры:

N2t=(2N21 - N20 - N23)/(N22 - N23).

Подставляя вышеприведенные соотношения в эту формулу, можно видеть, что параметры цепей ПНЧ, усилителя, при условии, что временной интервал преобразования частоты в двоичный код является константой, сокращаются. Прерывание таймера отсчета этого временного интервала срабатывает с точностью 1 мкс, соответствующей длительности цикла исполнения инструкции микроконтроллером. Максимальная частота при измерении сигналов, снимаемых с датчика составляет 40 кГц, то есть период импульса равен 25 мкс. Этого времени достаточно для входа в прерывание и остановки счетчика частоты. Таким образом устраняется влияние нестабильности интегрирующей цепи и параметров ПНЧ, резистивной цепи операционного усилителя, а также опорного напряжения.

Полученное выражение сводится к отношению напряжений измерительных каналов:

N2t=(2U21 - U20 - U23)/(U22 - U23).

Подставляя выражения для напряжений получим, что результирующее значение температурного кода не зависит от стабильности генератора. Таким образом температурный код прямо пропорционален сопротивлению температурного датчика с коэффициентом пропорциональности, обратным сопротивлению опорного резистора:

N2t=Rt/Rоп.

Перейдем к вопросу исследования погрешности измерения. Величина погрешности зависит от погрешности задания опорного сопротивления и от погрешности измерения резистивным датчиком температуры, а также от погрешности, вносимой мультиплексором при переключениях измерительных каналов. Необходимо учесть также погрешность квантования при определении кода.

dN2t=dN2 + dRоп + dRt + dKмс + dКдш.

Погрешность квантования является методической. При вычислении кода для счета импульсов частоты используется 16-разрядный счетчик, поэтому погрешность квантования равна:

dN2=1/216=0.0015%.

погрешность сопротивления состоит из допуска, температурного дрейфа, коэффициента старения и носит случайный характер. Класс точности температурного датчика 0.1%, опорного резистора - 0.05, температурный дрейф зависит от ТКС = 75´10-6 1/°С и применительно к диапазону рабочих температур 60 °С составит 0.045%, коэффициент старения - 0.05%.

dRоп=dRдоп + dRt°C + dRt,

dRt=dRtдоп + dRtt.

Погрешности мультиплексора и демультиплексора являются систематическими. Мультиплексор измеряемых напряжений можно представить в виде эквивалентного резистивного делителя с величинами сопротивлений плеч, равными соответственно rклз и rклр, то есть сопротивлениям замкнутого и разомкнутого ключей. Передаточный коэффициент мультиплексора составит:

Kms=rклр/(rклр + rклз),

DKms=1 - rклр/(rклр + rклз)= rклз/(rклр + rклз),

dKms=DKms/ Kms=rклз/rклр.

В результате имеем выражение для погрешности измерения:

подставляя значения в которые, получим:

dN2t=0.002 + 0.01 + 0.015 + 0.12 + 4´0.052 = 0.17 < 0.2%.

Таким образом по результатам теоретического расчета прибор можно отнести к классу точности 0,2.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке ZAPISKA